十字花科COR15基因独立重复后重复基因的功能进化

基因重复是被子植物中的普遍现象。但是，基因重复的进化动力以及不同谱系分支上同一基因独立基因重复后的重复基因是否具有相同进化命运还了解较少。COR 15基因可能参与了植物的各类抗逆过程。我们研究发现，COR 15在十字花科不同谱系分支中发生了独立的基因重复。本项目选择拟南芥属和葶苈支独立基因重复起源的4个COR15基因，比较它们的时空表达和定位是否相同。然后，通过转基因的方法将它们转入到拟南芥COR 15两个突变体中，利用分子生物学、生物化学和生理生态学的方法，检测它们是否能互补这些突变体及在不同胁迫处理下它们是否具有相似或相异的表现型和基因表达式样。研究结果对于揭示同一基因在不同谱系分支上反复重复的进化驱动力、同一类群不同谱系分支的形态与生境高度多样化的分子基础以及极端环境遗传资源的独特性方面都具有重要启发价值。

基因重复是被子植物进化过程中存在的普遍现象，但基因重复和不同谱系分支上重复基因的进化驱动力目前了解较少。COR15 基因广泛参与植物的各种抗逆过程，在前期研究中，我们发现COR15基因在十字花科南芥属，芸薹属，葶苈属中均存在这独立的基因重复现象。.虽然谱系分支之间进化差异较小，每一谱系支内重复后的两个基因之间却存在进化速率上的区别。穴丝荠-葶苈属谱系分支的两个基因COR15a 和COR15b 相比较，重复基因存在适应性进化和功能分化。选择穴丝荠作为代表，对重复基因表达模式分析证实二者之间存在表达上的分化。结合适应性分化检测分析，穴丝芥谱系分支COR15重复基因的适应性进化可能与其第四纪气候变迁中的物种分化和在极端环境下的快速辐射分布过程中所受到的强自然选择有关。.2. 沙芥属是亚洲中部蒙古高原沙地的特有属，对分布在内蒙古库不齐沙漠周边的两个沙芥种（沙芥和斧型沙芥）的COR15基因进行克隆和信息学分析表明，沙芥（P,cormutum）和斧形沙芥（P.dolaratum）的COR15可能起源于祖先基因的一次重复，并且可能在两个种中分别保留下来，可能暗示其在两个种的逆境适应上存在不同功能。我们对于十字花科代表性极端物种COR15基因独立重复的进化研究表明，改基因家族在十字花科内部由于环境的选择作用，存在着适应性进化特征，这种适应性进化可能在功能上存在分异性。而在长期干旱选择的沙芥属中，该属植物的COR15基因可能通过基因独立重复后，基因缺失，而只在一些种中保留一个拷贝，来适应多种胁迫应答，这种功能分化的适应特征，还尚待进一步研究。.3..麻花艽是著名的传统中藏药材，在治疗多种疾病方面具有显著的疗效。该种广泛丰富的分布于青藏高原各个台面上，可能存在显著的遗传与化学多态性。为揭示这种群体间的时空变异和有效保护高品质的麻花艽资源。对高原上生长在不同海拔（2230m-4720m）26个群体的4种主要活性成分进行了分析。研究发现，高原东部存在4个化学成分显著高于其它秦艽群体的种群，并对不同成分与海拔环境之间的关系进行了分析，结果表明，4种主要指征性化学成分含量均与海拔，经度和纬度之间没有明显的相关性。.4. 对长梗秦艽（Gentiana waltonii Burk）四种典型化合物马钱碱，龙胆苦甙，獐牙菜苦甙，獐牙菜苷的色谱条件进行了建立，并分析了不同海拔长梗秦艽种群的四种典型化合物